[发明专利]一种适用于双向中继通信网络源节点的随机能量调度方法

说明书

本发明公开了一种适用于双向中继通信网络源节点的随机能量调度方法，包括以下步骤：1)基于随机EH模型建立随机EH TWR通信网络模型；2)建立随机EH TWR网络的MDP模型，再根据随机EH TWR网络的MDP模型求解随机EH TWR网络的最优能量调度策略；3)基于随机EH TWR网络的最优能量调度策略建立EH TWR网络的最优动态功率分配表；4)估计随机EH TWR网络状态，并利用EH TWR网络的最优动态功率分配表通过查表法动态确定源节点的最优发射功率，该方法能够有效解决随机EH TWR网络中源节点的最优能量调度及动态功率分配问题。

技术领域

本发明属于绿色通信、能量收集通信及协作通信技术领域，涉及一种适用于双向中继通信网络源节点的随机能量调度方法。

背景技术

近年来，随着大规模物联网和无线传感器网络的兴起与发展，以低功耗、低成本和低速率为特征的无线通信业务和网络技术越来越受到重视，其中通信节点的能量效率和工作寿命将直接影响业务质量，网络规模和运维成本。在低功耗和低成本的大规模无线通信网络中，传统的采用电网或电池为通信节点供电的方法存在明显的缺陷或不足，例如：网络部署不灵活、大量电池的维护成本高昂等。针对上述问题，基于可再生能源的能量收集(Energy Harvesting,EH)无线通信技术越来越受到国际学术界和工业界高度重视。在EH无线通信网络中，EH通信节点能够收集自然环境中的可再生能源为无线传输提供能量，例如：太阳能、风能、热能等。

双向中继(Two-Way Relay,TWR)通信网络是无线协作通信中的一种新型网络架构，也是近年来无线协作通信研究的热点领域。在基本的TWR通信网络中，包含两个源节点和一个中继节点，两个源节点之间没有直达无线链路，它们通过中继节点同时进行双向信息交互。整个信息交互过程分为两阶段——多向接入(Multiple Access，MA)和广播(Broadcast，BC)，最终两个源节点均可获得对方发送的信息。因此，TWR网络具有较高的传输效率和信道利用率，同时也能够有效克服两个源节点之间由于通信距离过长、衰减过大而导致的传输可靠性降低的问题。在低功耗、低成本的大规模协作通信网络中，包含EH通信节点的TWR网络(简称EH TWR网络)不仅具有较高的传输效率，而且能够提高通信节点的工作寿命和能量效率，因此近年来引起了特别关注。

在EH TWR通信网络中，源节点和中继节点均可配置为EH通信节点，EH节点的能量效率取决于如何有效使用收集到的能量用于无线信号发送。根据EH节点中能量到达信息的因果性，EH节点能量调度技术和方法主要分为确知能量调度和随机能量调度两大类：在确知能量调度技术中，EH节点能够提前获知能量到达信息，包括到达时间与到达量，因此确知能量调度方法相对简单，适用于能够准确或近似预测能量到达信息的场景；在随机能量调度技术中，由于EH节点无法提前获知能量到达信息，因此需要将能量到达信息建模为随机过程，需要动态分配EH节点的发射功率。由于从自然界可再生能源中收集的能量具有较强的不确定性和随机性，因此相对于确知能量调度，随机能量调度技术和方法更加符合自然界中能量收集的实际情况。在EH TWR通信网络中，EH通信节点的随机能量调度问题，不仅与TWR网络中的衰落信道相关，而且需要考虑通信节点所收集到的能量的随机性和不确定性等因素，因此EH TWR网络中EH通信节点的随机能量调度方法较为复杂，有待深入研究。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提供了一种适用于双向中继通信网络源节点的随机能量调度方法，该方法能够有效解决随机EH TWR网络中源节点的最优能量调度及动态功率分配问题。

为达到上述目的，本发明所述的适用于双向中继通信网络源节点的随机能量调度方法包括以下步骤：

1)基于随机EH模型建立随机EH TWR通信网络模型；

2)建立随机EH TWR网络的MDP模型，再根据随机EH TWR网络的MDP模型求解随机EHTWR网络的最优能量调度策略；